[go: up one dir, main page]

DE60220343T2 - Welding device with a miniaturized laser beam - Google Patents

Welding device with a miniaturized laser beam Download PDF

Info

Publication number
DE60220343T2
DE60220343T2 DE60220343T DE60220343T DE60220343T2 DE 60220343 T2 DE60220343 T2 DE 60220343T2 DE 60220343 T DE60220343 T DE 60220343T DE 60220343 T DE60220343 T DE 60220343T DE 60220343 T2 DE60220343 T2 DE 60220343T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding head
front opening
opening
wall
protective shield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60220343T
Other languages
German (de)
Other versions
DE60220343D1 (en
Inventor
Pascal Aubry
Thierry Dubois
Sophie Hertmanowski
Herve Launais
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Application granted granted Critical
Publication of DE60220343D1 publication Critical patent/DE60220343D1/en
Publication of DE60220343T2 publication Critical patent/DE60220343T2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1482Detachable nozzles, e.g. exchangeable or provided with breakaway lines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B23K26/1438Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means for directional control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

Diese Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Laserstrahl-Schweißvorrichtung, mit einer Leistung von beispielsweise 500 Watt bis mehreren Kilowatt, die gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 miniaturisiert ist, und die geeignet ist, sehr nahe an zu schweißende Oberflächen von Werkstücken herangeführt zu werden und zu schweißende Oberflächen zu erreichen, die auf Grund von über ihnen befindlichen Hindernissen schwer zu erreichen sind. In der Schrift EP 300458 A ist eine solche Vorrichtung beschrieben.This invention relates to a high-power laser beam welding apparatus having a power of, for example, 500 watts to several kilowatts, which is miniaturized according to the preamble of claim 1, and which is capable of being brought very close to welding surfaces of workpieces and welding To reach surfaces that are difficult to reach due to obstacles located above them. In Scripture EP 300458 A Such a device is described.

Es ist bekannt, Metalle mittels eines Hochleistungs-Laserstrahls zu schweißen. Dazu verwendet man eine Schweißvorrichtung, die einen gewöhnlich länglich geformten abgeschlossenen Raum aufweist, in dessen Inneren der Laserstrahl umlaufen kann und an einem Ende des abgeschlossenen Raums austreten kann, um auf das zu schweißende Werkstück zu treffen. Der abgeschlossene Raum ist lichtdicht, um den Bediener vor jeglicher ungewollten Ausbreitung des Laserstrahls außerhalb des abgeschlossenen Raums zu schützen. Unter dem Begriff „lichtdicht" versteht man, dass der abgeschlossene Raum jegliches ungewollte Austreten des Laserstrahls, beispielsweise auf Grund des Verstellens einer Optik-Komponente, verhindert.It is known to metals by means of a high-power laser beam welding. For this one uses a welding device, usually one elongated has formed closed space inside which the laser beam can circulate and exit at one end of the enclosed space can to hit the workpiece to be welded. The enclosed space is light-tight to protect the operator from any unwanted propagation of the laser beam outside the completed Space to protect. The term "light-tight" means that the closed space any unwanted leakage of the laser beam, for example, due to the adjustment of an optical component, prevented.

Der Laserstrahl verfolgt im Inneren des abgeschlossenen Raums einen Weg, auf dem sich nacheinander befinden: eine Hochleistungs-Laserlichtquelle, ein konvergentes Optiksystem und eine sogenannte „Frontseitenöffnung", durch die der Laserstrahl aus dem abgeschlossenen Raum in Richtung des zu schweißenden Werkstücks wieder austreten kann. Das konvergente Optiksystem bündelt den Laserstrahl auf einen Brennpunkt, der sich außerhalb des abgeschlossenen Raums befindet, wobei selbstverständlich das Werkstück in diesen Brennpunkt gebracht wird, um geschweißt zu werden. Die Laserlichtquelle kann ein Laserlichtgenerator oder das Ende einer Lichtleitfaser, die den Laserstrahl von einem entfernten Laserlichtgenerator in den abgeschlossenen Raum führt, sein. Bei komplizierteren Ausführungsformen kann der abgeschlossene Raum gelenkig ausgeführt sein und/oder einen oder mehrere Optikspiegel enthalten, die in der Bahn des Laserstrahls angeordnet sind und die geeigneten Umlenkungen des Laserstrahls gewährleisten.Of the Laser beam tracks one inside the enclosed space Path on which are in succession: a high-power laser light source, a convergent optical system and a so-called "front opening" through which the laser beam from the enclosed space in the direction of the workpiece to be welded again can escape. The convergent optical system focuses the laser beam onto one Focus that is outside of the enclosed space is, of course, the workpiece is brought to this focal point to be welded. The laser light source may be a laser light generator or the end of an optical fiber, the laser beam from a remote laser light generator in the closed space leads, be. In more complicated embodiments the enclosed space can be articulated and / or one or Several optical mirrors included in the path of the laser beam are arranged and the appropriate deflections of the laser beam guarantee.

Zur Vereinfachung der Ausdrucksweise sagt man im Folgenden, dass sich ein Gegenstand vor der Frontseitenöffnung befindet, wenn er sich außerhalb der Vorrichtung und gegenüber der Frontseitenöffnung befindet. Umgekehrt sagt man im Folgenden, dass sich ein Gegenstand hinter der Frontseitenöffnung befindet, wenn er sich auf der anderen Seite der Frontseitenöffnung befindet.to Simplification of the idiom is said below An object is located in front of the front opening when it opens except for Device and opposite the front opening located. Conversely, one says below that an object behind the front opening when it is on the other side of the front opening.

Die Optik-Komponenten müssen während des Schweißens vor den Dämpfen und Spritzern des schmelzenden Metalls geschützt werden. Normalerweise gewährleistet der abgeschlossene Raum diese Schutzfunktion, jedoch können Dämpfe und Spritzer des schmelzenden Metalls durch die Frontseitenöffnung gelangen, in den abgeschlossenen Raum eindringen und die Optik-Komponenten beflecken, insbesondere diejenigen, die sich nahe an der Frontseitenöffnung befinden. Es werden unterschiedliche Mittel verwendet, um dies zu verhindern:

  • – Verkleinerung des Durchmessers der Frontseitenöffnung auf das absolute Minimum, um die Laserstrahlen noch durchzulassen,
  • – Einspritzen eines neutralen Gases unter ausreichendem Druck in den abgeschlossenen Raum, woraufhin das Gas durch die Frontseitenöffnung entweicht und so ein Hindernis für die Dämpfe und Spritzer des schmelzenden Metalls bildet; das Gas kann auch, wie in der Schrift EP 300458 A beschrieben, in die Frontseitenöffnung und zu dem Zwischenraum zwischen dem Spiegel und dem Schweißbereich hin gespritzt werden,
  • – Entfernen der Optik-Komponenten von der Frontseitenöffnung oder Entfernen der Frontseitenöffnung von dem zu schweißenden Werkstück.
The optics components must be protected from the fumes and splashes of the melting metal during welding. Normally, the enclosed space provides this protection function, however, fumes and splashes of the melting metal can pass through the front opening, penetrate the enclosed space, and stain the optical components, particularly those located near the front opening. Different means are used to prevent this:
  • Reduction of the diameter of the front opening to the absolute minimum in order to let the laser beams through,
  • Injecting a neutral gas under sufficient pressure into the enclosed space, whereupon the gas escapes through the front-side opening and thus forms an obstacle to the vapors and splashes of the melting metal; the gas can also, as in the Scriptures EP 300458 A sprayed into the front opening and to the gap between the mirror and the welding area,
  • Removing the optical components from the front opening or removing the front opening from the workpiece to be welded.

In der Patentschrift EP 0 514 235 ist eine Vorrichtung beschrieben, mit der Oberflächen geschweißt werden können, über denen sich Hindernisse befinden, wobei diese Schweißvorrichtung einen rohrförmigen, länglichen abgeschlossenen Raum umfasst, wobei an einem Ende eine Laserlichtquelle angeordnet ist, wobei die Frontseitenöffnung seitlich am anderen Ende angeordnet ist, wobei ein Spiegel hinter der Frontseitenöffnung angeordnet ist und den von der Laserlichtquelle kommenden Laserstrahl zu dieser hin umlenkt, wobei das Arbeitsende der Schweißvorrichtung zwischen die zu schweißenden Oberflächen und die Hindernisse eingeschoben wird, in diesem Fall die Innenwand eines Rohrs eines Kernkraftwerks. Ein neutrales Gas tritt durch die Frontseitenöffnung wieder aus und schützt dadurch die im Schweißprozess befindliche Oberfläche vor der Umgebungsluft. Diese Schweißvorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass der Spiegel den Dämpfen und Spritzern von schmelzendem Metall ausgesetzt ist, da:

  • – sich dieser Spiegel sehr nahe an dem schmelzenden Metall im Schweißbereich befindet,
  • – der Druck des schützenden Gases aus wirtschaftlichen Gründen, und um das schmelzende Metall nicht zu verstreuen, notwendigerweise begrenzt bleibt; in der Figur ist zu sehen, dass die Öffnung deutlich größer ist als der Laserstrahl, der durch sie gelangt; dies ermöglicht es, den Schweißbereich mit neutralem Gas zu umgeben, ohne einen Gasstrom zu erzeugen, der das im Schmelzen befindliche Metall zerstreut; dafür hat das schützende Gas nur eine geringe Geschwindigkeit, wenn es die Frontseitenöffnung durchquert; es kann daher nur ein schwaches Hindernis gegen die Dämpfe und Spritzer von schmelzendem Metall bilden, und der Spiegel wird daher schnell beeinträchtigt.
In the patent EP 0 514 235 there is described an apparatus capable of welding surfaces over which obstacles are located, this welding apparatus comprising a tubular elongated closed space with a laser light source disposed at one end, the front opening being laterally disposed at the other end Mirror is disposed behind the front opening and deflects the coming of the laser light source laser beam toward this, with the working end of the welding device between the surfaces to be welded and the obstacles is inserted, in this case, the inner wall of a pipe of a nuclear power plant. A neutral gas escapes through the front opening, thereby protecting the surface in the welding process from the ambient air. However, this welding device has the disadvantage that the mirror is exposed to the fumes and splashes of molten metal because:
  • This mirror is very close to the melting metal in the weld area,
  • - the pressure of the protective gas for economic reasons, and not to disperse the melting metal, necessarily remains limited; in the figure it can be seen that the opening is significantly larger than the laser beam that passes through it; this makes it possible to surround the welding area with neutral gas without generating a gas stream which dissipates the metal to be melted; but the protective gas has only a low Geschwin when passing through the front opening; therefore, it can only form a weak obstacle against the fumes and splashes of melting metal, and therefore the mirror is quickly deteriorated.

Dieser Spiegel muss daher oft ausgetauscht werden. Damit ist eine solche Schweißvorrichtung zwar für Reparaturen dünner Werkstücke geeignet, für die nur eine geringe Leistung erforderlich ist, nicht aber für eine gewerbliche Verwendung in der Werkstatt an dicken Werkstücken mit hoher Laserleistung.This Therefore, mirrors often have to be replaced. This is one Welding device though for repairs thinner workpieces suitable for only a small amount of power is required, but not for a commercial one Use in the workshop on thick workpieces with high laser power.

Ein erstes zu lösendes Problem besteht darin, einen Schweißkopf vorzuschlagen, dessen Frontseitenöffnung sehr nahe an die zu schweißende Oberfläche herangeführt werden kann, ohne dass die Optik-Komponenten durch die Dampfe und Spritzer von schmelzendem Metall befleckt werden und ohne dass dieses schmelzende Metall verwirbelt wird, beispielsweise durch einen aus der Frontseitenöffnung austretenden Gasstrom.One first to be solved Problem is to propose a welding head, whose Front opening be brought very close to the surface to be welded can, without the optics components by the steam and splashes of Melting metal can be stained and without this melting Metal is swirled, for example, by an emerging from the front opening Gas flow.

Ein zweites zu lösendes Problem besteht darin, einen Schweißkopf vorzuschlagen, der zwischen die zu schweißenden Oberflächen und die sich über diesen befindlichen, nahegelegenen Hindernisse eingeschoben werden kann.One second to be solved Problem is to propose a welding head, which between the to be welded surfaces and that about this located, nearby obstacles can be inserted.

Zur Lösung des ersten Problems wird mit dieser Erfindung eine miniaturisierte Laserstrahl-Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.to solution of the first problem is miniaturized with this invention Laser beam welding apparatus according to claim 1 proposed.

Unter dem Begriff „quer" versteht man, dass der Nebenstrom parallel zur Fläche der Frontseitenöffnung geführt wird. Bei einer solchen Anordnung

  • a) drückt der Primärstrom die Dämpfe und Spritzer von schmelzendem Metall, die auf die Frontseitenöffnung gerichtet sind, zurück, wodurch verhindert wird, dass diese Dampfe und Spritzer ins Innere des Schweißkopfs eindringen;
  • b) trifft der Nebenstrom auf den Primärstrom, und zwar im rechten Winkel zu diesem und in dem Augenblick, in dem er durch die Frontseitenöffnung austritt, was zur Wirkung hat, dass der Primärstrom abgelenkt wird und so daran gehindert wird, auf das flüssige Metall zu treffen, das sich ein Stückchen weiter im Bereich des Brennpunkts bildet;
The term "transverse" is understood to mean that the secondary flow is guided parallel to the face of the front opening
  • a) the primary flow returns the fumes and splashes of molten metal directed at the front opening, preventing these fumes and spatter from entering the interior of the weld head;
  • b) the secondary flow impinges on the primary flow, at right angles to it and at the moment it exits through the front-side opening, which has the effect of deflecting the primary flow and thus preventing it from reaching the liquid metal meet, which forms a little further in the area of the focal point;

So können die Dämpfe und Spritzer von schmelzendem Metall nicht durch die Frontseitenöffnung in den Schweißkopf eindringen und das schmelzende Schweiß-Metall wird durch den Primärgasstrom nicht verwirbelt, verformt oder gar zerstreut, so dass es möglich wird, den Schweißkopf sehr nahe an die zu schweißende Oberfläche zu bringen, und auf diese Weise das erste Problem gelöst ist.So can the vapors and splashes of melting metal not through the front opening in the welding head penetrate and the melting metal sweat is through the primary gas flow not swirled, deformed or even scattered so that it becomes possible the welding head very much close to the welding surface to bring, and in this way the first problem is solved.

Der Bediener stellt den Primärstrom mit einer ausreichenden Kraft ein, um die Dämpfe und Spritzer von schmelzendem Metall, die sich der Frontseitenöffnung nähern, fortzudrücken. Desgleichen stellt der Bediener den Nebenstrom mit einer ausreichenden Kraft ein, um den Primärstrom abzulenken, damit er das flüssige Metall, das sich im Bereich des Brennpunkts vor der Frontseitenöffnung bildet, nicht erreicht, zumindest nicht direkt.Of the Operator provides the primary current with a sufficient force to melt the fumes and splashes Metal facing the front opening approach, continued to press. Likewise, the operator provides the bypass with sufficient force one to the primary stream to distract him so that he is the liquid Metal that forms near the focal point in front of the front opening, not reached, at least not directly.

Vorteilhafterweise weist der Schweißkopf ferner einen Schutzschild auf, der vor der Frontseitenöffnung angeordnet ist, wobei dieser Schutzschild aus starrem, hochtemperaturfesten Werkstoff besteht, beispielsweise aus Nobelium, wobei dieser Schutzschild von einem Loch durchsetzt ist, das sich auf der Geometrieachse der Frontseitenöffnung befindet. Dieser Schutzschild ermöglicht es, den Primärstrom und den Nebenstrom quer zur Frontseitenöffnung zu führen, was den Schutz des schmelzenden Metalls vor dem Primärstrom verbessert.advantageously, the welding head is further away a shield disposed in front of the front opening, wherein This shield made of rigid, high temperature resistant material consists of, for example, Nobelium, this shield is interspersed by a hole on the geometry axis of the Front opening located. This shield allows the primary current and to guide the sidestream transversely to the front opening, ensuring the protection of the melting Metal in front of the primary stream improved.

Der Schutzschild bildet auch ein mechanisches Hindernis für die Dampfe und Spritzer von schmelzendem Metall, die sich auf den Schweißkopf zu und um die Frontseitenöffnung herum bewegen, wodurch die Verkrustung des Schweißkopfs reduziert wird. Insbesondere bildet der Schutzschild ein Hindernis für die Dämpfe und Spritzer von schmelzendem Metall, die sich zwischen der Frontseitenöffnung und der Düse bewegen, wobei diese Spritzer ohne den Schutzschild durch den Nebenstrom vor die Frontseitenöffnung befördert werden könnten. So wird trotz des Lochs zwischen dem schmelzenden Metall und der Frontseitenöffnung durch diese Hinderniswirkung die Unversehrtheit des Inneren des Schweißkopfs vor den Dämpfen und Spritzern von schmelzendem Metall weiter verbessert.Of the Shield also forms a mechanical barrier to the vapor and splashes of melting metal, which affect the welding head and around the front opening move around, which reduces the encrustation of the welding head. In particular, the shield forms an obstacle to the vapors and Splashes of melting metal extending between the front opening and the nozzle move, taking these splashes without the shield by the side stream in front of the front opening promoted could become. Thus, despite the hole between the melting metal and the Front opening by this obstacle effect before the integrity of the interior of the welding head the vapors and splashes of melting metal further improved.

Vorteilhafterweise ist der Schutzschild abnehmbar, um gereinigt oder ausgetauscht zu werden, wenn er verkrustet ist.advantageously, the shield is removable to be cleaned or replaced become when it is encrusted.

Ebenfalls vorteilhafterweise weist der Schweißkopf einen Mantel auf, der die Frontseitenöffnung, die Düse und den Schutzschild umgibt, wobei der Mantel vor dem Schutzschild offen und ist und sich erweitert, wobei der Mantel aus einem dünnen, biegsamen und gasdichten Werkstoff besteht, wobei ein Zwischenraum zwischen mindestens einem Rand des Schutzschilds und dem Mantel vorgesehen ist. Auf diese Weise wirkt der Mantel mit diesem Zwischenraum zusammen, um das Gas des Primärstroms und des Nebenstroms oberhalb des gerade im Schweißprozess befindlichen Bereichs zurückzuführen, wodurch der Schweißbereich mit geringerem Gasverbrauch vor der Umgebungsluft geschützt werden kann. Indem der Mantel eine geeignete Länge aufweist, um in Kontakt mit der zu schweißenden Oberfläche des Werkstücks zu kommen, ermöglicht es dieser Mantel auch, das Gas des Primärstroms und des Nebenstroms oberhalb des Schweißbereichs zurückzuhalten und damit zugleich den Gasverbrauch und die Oxidation des Werkstücks während des Schweißens zu reduzieren.Also advantageously, the welding head has a shell surrounding the front opening, the nozzle and the shield, the shell being open and expanding in front of the shield, the shell being made of a thin, pliable and gas tight material, with a gap between is provided at least one edge of the shield and the jacket. In this way, the jacket cooperates with this gap to return the gas of the primary flow and the secondary flow above the area currently in the welding process, whereby the welding area with lower gas consumption can be protected from the ambient air. By having the sheath of an appropriate length to come into contact with the workpiece surface to be welded This sheath also retains the gas of the primary and secondary streams above the weld area, thereby reducing gas consumption and oxidation of the workpiece during welding.

Ebenfalls vorteilhafterweise weist der Schweißkopf ferner einen Spiegel auf, der direkt hinter der Frontseitenöffnung angeordnet ist und den Laserstrahl zu dieser Frontseitenöffnung hin umlenkt. Durch diese Anordnung kann der Platzbedarf des Schweißkopfs hinter der Frontseitenöffnung verringert werden, wodurch es möglich wird, den Schweißkopf zwischen die zu schweißenden Oberflächen und ein nahegelegenes Hindernis zu schieben, wobei mit dieser Anordnung das zweite Problem gelöst werden kann.Also Advantageously, the welding head further comprises a mirror on, which is located directly behind the front opening and the Laser beam deflects towards this front opening. Through this Arrangement, the space requirement of the welding head behind the front opening can be reduced which makes it possible will, the welding head between the ones to be welded surfaces and to push a nearby obstacle, with this arrangement solved the second problem can be.

Insbesondere beansprucht die Anmelderin einen Schweißkopf, dessen Dicke E1 zwischen der Frontseitenöffnung und der der Frontseitenöffnung gegenüberliegenden Wandung geringer ist als 50 mm.Especially Applicant claims a welding head whose thickness E1 is between the front opening and that of the front opening opposite Wall is less than 50 mm.

Die Erfindung geht näher aus einer genauen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den beigefügten Figuren hervor.The Invention is getting closer from a detailed description of an embodiment and the attached figures out.

1 zeigt einen Schweißkopf, der am Ende einer Schweißvorrichtung angebracht ist, die durch eine Lichtleitfaser mit Licht versorgt wird. 1 shows a welding head, which is attached to the end of a welding device, which is supplied by an optical fiber with light.

2 stellt den eigentlichen Schweißkopf im Einzelnen dar. 2 represents the actual welding head in detail.

Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen. Die Schweißvorrichtung 10 weist einen Schweißkopf 12 auf, der von einer Wandung 14 gebildet wird, die einen Hohlraum 16 umgibt, wobei die Wandung 14 lichtdicht ist, wobei die Wandung 14 jedoch eine sogenannte „Einlassöffnung" 18 und eine sogenannte „Frontseitenöffnung" 20 aufweist, wobei ein Laserstrahl 22 in der Lage ist, durch die Einlassöffnung 18 in den Hohlraum 16 einzudringen und aus diesem Hohlraum 16 durch die Frontseitenöffnung 20 wieder auszutreten, indem er einen optischen Weg 24 verfolgt. Der Schweißkopf 12 weist ferner eine Versorgung 26 auf, die an eine Quelle für neutrales, unter Druck stehendes Gas angeschlossen werden kann, beispielsweise Argon, wobei diese Versorgung 26 in diesem Beispiel eine Leitung ist, die durch die Wandung 14 verläuft und in den Hohlraum 16 mündet.It is going on first 1 Referenced. The welding device 10 has a welding head 12 up, from a wall 14 is formed, which has a cavity 16 surrounds the wall 14 is light-tight, with the wall 14 however a so-called "inlet opening" 18 and a so-called "front opening" 20 having a laser beam 22 is able through the inlet opening 18 in the cavity 16 penetrate and out of this cavity 16 through the front opening 20 retreat by making an optical path 24 tracked. The welding head 12 also has a supply 26 which can be connected to a source of neutral, pressurized gas, such as argon, with this supply 26 in this example, a line is through the wall 14 runs and into the cavity 16 empties.

In diesem Beispiel sind die Einlassöffnung 18 und die Frontseitenöffnung 20 eben, kreisförmig und auf den optischen Weg 24 zentriert, welcher ihre Geometrieachsen bildet. Die Einlassöffnung 18 und die Frontseitenöffnung 20 stehen im rechten Winkel zueinander. Ein Spiegel 28 ist in dem Hohlraum 16 auf dem optischen Weg 24 angeordnet. Der Spiegel 28 lenkt den Laserstrahl um 90° um, um ihn zur Frontseitenöffnung 20 zu leiten. Natürlich muss der Spiegel 28 hohen Temperaturen standhalten. Er kann beispielsweise aus ZnSe, aus Kupfer mit Kühlungskreislauf oder „dielektrisch" sein.In this example, the inlet port 18 and the front opening 20 flat, circular and on the optical path 24 centered, which forms their geometry axes. The inlet opening 18 and the front opening 20 are at right angles to each other. A mirror 28 is in the cavity 16 on the optical path 24 arranged. The mirror 28 deflects the laser beam 90 ° to the front opening 20 to lead. Of course, the mirror needs 28 withstand high temperatures. For example, it may be ZnSe, copper with a cooling circuit or "dielectric".

Die Schweißvorrichtung 10 weist ferner einen allgemein länglich geformten abgeschlossenen Raum 30 auf, dessen entgegengesetzte Enden mit den Bezugszahlen 30a und 30b bezeichnet sind. Eine Laserlichtquelle 32 ist an einem ersten Ende 30a angeordnet und produziert den Laserstrahl 22, der das Innere des abgeschlossenen Raums 30 durchquert, indem er dem optischen Weg 24 folgt, wobei der Laserstrahl 22 an dem anderen Ende 30b ankommt, an dem der Schweißkopf 12 angebracht ist, wobei das Ende 30b die Einlassöffnung 18 umgibt, wobei der Laserstrahl 22 auf diese Weise vom Inneren des abgeschlossenen Raums 30 in den Hohlraum 16 des Schweißkopfs 12 gelangen kann.The welding device 10 also has a generally elongated shaped enclosed space 30 on, its opposite ends with the reference numbers 30a and 30b are designated. A laser light source 32 is at a first end 30a arranged and produces the laser beam 22 , the interior of the closed room 30 traverses by the optical path 24 follows, with the laser beam 22 at the other end 30b arrives at which the welding head 12 is attached, the end 30b the inlet opening 18 surrounds, with the laser beam 22 in this way from the inside of the closed space 30 in the cavity 16 of the welding head 12 can get.

In diesem Beispiel ist die Laserlichtquelle 32 punktuell und wird von einer Lichtleitfaser gebildet, die das Laserlicht von einem entfernten, nicht dargestellten Generator mit ihrem Ende 32a ins Innere des abgeschlossenen Raums 30 führt. In diesem Beispiel wird ferner das Ende 30a des abgeschlossenen Raums 30 von einem Fußteil 34 gebildet, das die Laserlichtquelle 32 hält, wobei dieses Fußteil 34 bis zum anderen Ende 30b von einem geraden Rohr 36 fortgesetzt wird, wobei das gerade Rohr 36 an dem Fußteil durch Schrauben ohne Bezugszahlen angebracht ist. Der Schweißkopf 12 ist ebenfalls am Ende des geraden Rohrs 36 angebracht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen dem Schweißkopf 12 und dem abgeschlossenen Raum 30 abnehmbar, damit Schweißköpfe 12 mit unterschiedlichen Geometrien mit geraden Rohren 36 von unterschiedlichen Längen kombiniert werden können.In this example, the laser light source 32 punctiform and is formed by an optical fiber, the laser light from a remote, not shown generator with its end 32a inside the locked room 30 leads. In this example, the end also becomes 30a of the closed room 30 from a foot part 34 formed, which is the laser light source 32 holds, with this foot part 34 to the other end 30b from a straight pipe 36 is continued, with the straight tube 36 attached to the foot part by screws without reference numbers. The welding head 12 is also at the end of the straight pipe 36 appropriate. In a preferred embodiment, the connection is between the welding head 12 and the closed room 30 removable, so that welding heads 12 with different geometries with straight tubes 36 of different lengths can be combined.

Die Schweißvorrichtung 10 enthält auf dem optischen Weg 24 ein Optiksystem 42, das den Laserstrahl 22 auf einen Brennpunkt 44 vor der Frontseitenöffnung 20 außerhalb des Schweißkopfs 12 bündelt, wobei dieser Brennpunkt 44 sich auf dem optischen Weg 24 befindet. Falls die Laserlichtquelle 32 punktuell ist, ist das Optiksystem 42 konvergent und ergibt an diesem Brennpunkt 44 ein Realbild von der Laserquelle 32. Ferner umfasst das konvergente Optiksystem 42 zwei Konvergenzlinsen. Die erste Linse, eine sogenannte Kollimatorlinse 46, formt den divergierenden Laserstrahl, der aus dem Ende 32a der Lichtleitfaser kommt, in einen parallelen Strahl um, wobei die zweite Linse 48, eine sogenannte Fokussierungslinse, diesen parallelen Strahl in einen auf den Brennpunkt 44 konvergierenden Lichtstrahl umformt. Diese Anordnung ermöglicht es, gerade Rohre 36 von unterschiedlichen Längen zu verwenden, ohne dass sich die Position des Brennpunkts 44 gegenüber der Frontseitenöffnung 20 und der Schweißkopf 12 ändert, solange die relative Position der Kollimatorlinse zum Ende 32a der Laserlichtquelle sowie die relative Position der Fokussierungslinse 48 zum Schweißkopf 12 unverändert bleiben. Bei diesem Beispiel umfasst das Optiksystem 42 auch ein Prisma 49, das zwischen der Kollimatorlinse 46 und der Fokussierungslinse 48 nahe bei der letzteren angeordnet ist, wobei das Prisma 49 den Laserstrahl 22 in seinem zylindrischen Abschnitt über die Hälfte von dessen Querschnitt schneidet, wobei das Prisma 49 die Hälfte des Laserstrahls 22 leicht auf einen zweiten Brennpunkt umlenkt, der kein Bezugszeichen besitzt und zu dem Brennpunkt 44 leicht versetzt ist, wobei diese Anordnung an sich bekannt ist.The welding device 10 contains on the optical path 24 an optics system 42 that the laser beam 22 to a focal point 44 in front of the front opening 20 outside the welding head 12 bundles, with this focus 44 on the optical path 24 located. If the laser light source 32 is punctual, is the optics system 42 convergent and results at this focal point 44 a real image from the laser source 32 , Furthermore, the convergent optical system includes 42 two convergent lenses. The first lens, a so-called collimator lens 46 Forms the diverging laser beam coming out of the end 32a the optical fiber comes in a parallel beam, wherein the second lens 48 , a so-called focusing lens, this parallel beam in one on the focal point 44 transforming convergent light beam. This arrangement allows straight tubes 36 of different lengths without changing the position of the focus 44 opposite the front opening 20 and the welding head 12 changes as long as the relative position of the collimator lens to the end 32a the laser light source and the relative position of the focusing lens 48 to the welding head 12 remain unchanged. In this example, the optical system includes 42 also a prism 49 that between the collimator lens 46 and the focusing lens 48 is arranged close to the latter, the prism 49 the laser beam 22 in its cylindrical section cuts across half of its cross section, the prism 49 half of the laser beam 22 easily deflects to a second focus, which has no reference and to the focal point 44 is slightly offset, this arrangement is known per se.

Es wird nun der Schweißkopf eingehender beschrieben, und es wird dabei gleichzeitig auf 1 und 2 Bezug genommen.The welding head will now be described in more detail and it will open simultaneously 1 and 2 Referenced.

Die Versorgung 26 produziert einen Gasstrom 50, den sogenannten „Primärstrom". Der Schweißkopf 12 ist oberhalb der Oberflächen 52a der zu schweißenden Werkstücke 52 positioniert, wobei der Brennpunkt 44 sich auf diesen Oberflächen 52a befindet, wobei der Schweißkopf 12 einer Verschiebung parallel zu den Oberflächen 52a unterzogen wird, wobei diese Verschiebung durch den Geschwindigkeitsvektor 54 dargestellt ist. Unter der Wärmeeinwirkung des Laserstrahls 22 verflüssigt sich das Metall in der Nähe des Brennpunkts 44 und wird dann wieder fest, um die Schweißnaht 58 zu bilden. Mit der Bezugszahl 56 wird das flüssige Metall bezeichnet, das sich während des Schweißens in der Nähe des Brennpunkts 44 bildet. Dieses flüssige Metall gibt Dampfe und Spritzer ab, die durch die Frontseitenöffnung 20 gelangen, in den abgeschlossenen Raum 16 des Schweißkopfs 12 eindringen und in Berührung mit dem Spiegel 28 kommen können, der sich direkt hinter der Frontseitenöffnung 20 befindet. Wenn man die Starke des Primärstroms 50 erhöht, um zu verhindern, dass die Dampfe und Spritzer des schmelzenden Metalls 56 in den abgeschlossenen Raum 16 eindringen, dann trifft der Primärstrom 50 natürlich mit einer zu großen Geschwindigkeit auf das flüssige Metall 56, was dessen Verformung ja sogar dessen Zerstreuen bewirkt und so die sich gerade bildende Schweißnaht 58 verformt.The supply 26 produces a gas stream 50 , the so-called "primary stream." The welding head 12 is above the surfaces 52a the workpieces to be welded 52 positioned, with the focus 44 on these surfaces 52a is located, with the welding head 12 a shift parallel to the surfaces 52a subjected to this shift by the velocity vector 54 is shown. Under the heat of the laser beam 22 The metal liquefies near the focal point 44 and then gets stuck again to the weld 58 to build. With the reference number 56 is called the liquid metal, which is during welding near the focal point 44 forms. This liquid metal releases vapor and splatters through the front opening 20 get into the locked room 16 of the welding head 12 penetrate and in contact with the mirror 28 that can come right behind the front opening 20 located. When you look at the strength of the primary stream 50 Increased to prevent the fumes and splashes of melting metal 56 in the locked room 16 penetrate, then the primary current hits 50 of course with too much speed on the liquid metal 56 What causes its deformation so even its scattering and so the just forming weld 58 deformed.

Der Schweißkopf 12 weist eine Düse 60 auf, die an eine nicht dargestellte Druckgas-Quelle angeschlossen werden kann, wobei diese Düse so positioniert ist, dass sie einen sogenannten Neben-Druckgasstrom 62 abgibt, der vor der Frontseitenöffnung 20 und quer zu dieser fließt. Der Nebengasstrom 62 bestreicht die gesamte Fläche der Frontseitenöffnung 20, ohne jedoch durch diese Frontseitenöffnung 20 ins Innere des abgeschlossenen Raums 16 einzudringen. Der Nebengasstrom 62 kommt daher vor der Frontseitenöffnung 20 mit dem Primärgasstrom 50 im Wesentlichen im rechten Winkel zu dem optischen Weg 24 in Kollision, wobei der Nebengasstrom 62 den Primärgasstrom 50 auf diese Weise umlenkt, so dass dieser nicht mehr direkt auf das flüssige Metall 56 treffen und dessen Zerstreuen bewirken kann. Mit dem Begriff „Frontseitenwandung" 64 wird die Außenfläche der Wandung 14 des Schweißkopfs 12 bezeichnet, die sich um die Frontseitenöffnung 20 herum befindet. Die Frontseitenwandung 64 ist praktisch eben und steht im rechten Winkel zu dem optischen Weg 24, wo er durch die Frontseitenöffnung 20 verläuft. Die Düse 60 ist an der Frontseitenwandung 64 befestigt, aber zur Frontseitenöffnung 20 außermittig angeordnet. Die Düse 60 ist aber zur Frontseitenöffnung 20 hin gerichtet und erzeugt den Nebengasstrom 62 quer zur Frontseitenöffnung 20 und parallel zur Frontseitenwandung 64.The welding head 12 has a nozzle 60 which can be connected to a compressed gas source, not shown, wherein said nozzle is positioned so that it has a so-called secondary compressed gas flow 62 that gives off in front of the front opening 20 and flows across this. The secondary gas flow 62 sweeps the entire surface of the front opening 20 but without this front opening 20 inside the locked room 16 penetrate. The secondary gas flow 62 therefore comes in front of the front opening 20 with the primary gas stream 50 essentially at right angles to the optical path 24 in collision, where the secondary gas flow 62 the primary gas stream 50 deflected in this way, so that it no longer directly on the liquid metal 56 meet and cause its dissipation. By the term "front wall" 64 becomes the outer surface of the wall 14 of the welding head 12 referred to, which is around the front opening 20 is around. The front wall 64 is practically flat and is at right angles to the optical path 24 where he passes through the front opening 20 runs. The nozzle 60 is on the front wall 64 attached, but to the front opening 20 arranged off-center. The nozzle 60 but is to the front opening 20 directed and generates the secondary gas stream 62 across the front opening 20 and parallel to the front wall 64 ,

Ferner wird vor der Frontseitenöffnung 20 ein ebener, dünner Schutzschild 66 parallel zu der Frontseitenwandung 64 und damit im rechten Winkel zu dem optischen Weg 24 angeordnet, wobei die Düse 60 sich zwischen der Frontseitenwandung 64 und dem Schutzschild 66 befindet, wobei durch den Schutzschild 66 ein Loch 68 gebohrt ist, das auf den optischen Weg 24 zentriert ist, wobei sich der Schutzschild 66 näher an der Frontseitenwandung 64 befindet als der Brennpunkt 44. Dieser Schutzschild ist aus einem wärmebeständigen Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus Nobelium. Ein solcher Schutzschild bietet mehrere Vorteile:

  • – Erstens kanalisiert er den Nebengasstrom 62 und den Primärgasstrom 50 parallel zur Frontseitenwandung 64, wodurch der Schutz des flüssigen Metalls 56 vor dem Primärgasstrom 50 verbessert wird.
  • – Zweitens bildet er ein Hindernis gegen die Dämpfe und Spritzer des schmelzenden Metalls 56, wodurch die Verkrustung des Schweißkopfs 12 selbst vermieden werden kann.
  • – Drittens bildet er ein Hindernis gegen die Dämpfe und Spritzer des schmelzenden Metalls, die sonst zwischen die Frontseitenöffnung 20 und die Düse 60 gelangen und dann durch den Nebengasstrom 62 zur Frontseitenöffnung 20 hin umgelenkt würden. So wird durch diese zusätzliche Hinderniswirkung trotz des Lochs, das sich auf dem optischen Weg befindet, der Schutz der Optik-Komponenten, insbesondere des Spiegels 28, vor den Dämpfen und Spritzern von schmelzendem Metall 56 durch den Schutzschild 66 noch weiter verbessert.
Further, in front of the front opening 20 a flat, thin shield 66 parallel to the front wall 64 and thus at right angles to the optical path 24 arranged, with the nozzle 60 yourself between the front wall 64 and the shield 66 is located, passing through the shield 66 a hole 68 is drilled on the optical path 24 centered, taking off the shield 66 closer to the front wall 64 is the focal point 44 , This shield is made of a heat-resistant material, such as Nobelium. Such a shield offers several advantages:
  • - First, it channels the secondary gas flow 62 and the primary gas stream 50 parallel to the front wall 64 , thereby protecting the liquid metal 56 before the primary gas flow 50 is improved.
  • - Second, it forms an obstacle against the fumes and splashes of the melting metal 56 , whereby the encrustation of the welding head 12 even be avoided.
  • - Third, it forms a barrier against the fumes and splashes of melting metal that would otherwise be between the front opening 20 and the nozzle 60 arrive and then through the secondary gas flow 62 to the front opening 20 would be redirected. Thus, despite the hole located on the optical path, this additional obstacle effect protects the optical components, in particular the mirror 28 , before the fumes and splashes of melting metal 56 through the shield 66 even further improved.

Dieser Schutzschild kann aus Nobelium, aus einer Metalllegierung, deren Hauptbestandteil Nobelium ist, oder aus einer Superlegierung auf Nickelbasis bestehen. Das Loch 68 und die Frontseitenöffnung 20 sind in Bezug auf den Brennpunkt 44 vorzugsweise gleich angeordnet, so dass ihre Abmessungen auf das absolut Notwendige für den Durchlass des Laserstrahls 22 beschränkt werden können.This shield can be made of Nobelium, of a metal alloy whose main constituent is Nobelium, or of a nickel-base superalloy. The hole 68 and the front opening 20 are in relation to the focal point 44 preferably arranged the same, so that their dimen to the absolutely necessary for the passage of the laser beam 22 can be limited.

Ferner wird ein Mantel 70 vorgesehen, der den Laserstrahl 22 zwischen der Frontseitenöffnung 20 und dem Brennpunkt 44 umgibt, wobei eine Ende des Mantels bis zu der Frontseitenwandung 64 hinauf reicht und eine Öffnung bildet, die die Frontseitenöffnung 20 umgibt, während das andere Ende des Mantels eine sich erweiternde Öffnung um den Brennpunkt 44 herum bildet, wobei dieser Mantel 70 aus einem wärmebeständigen, insbesondere gegen Spritzer von flüssigem Metall 56 beständigen Werkstoff besteht, wobei dieser Mantel seitlich gasdicht ist, wobei dieser Mantel ferner die Düse 60 und den Schutzschild 66 umgibt, wobei ein Zwischenraum 74 zu dem der Düse 60 gegenüberliegenden Rand 66a des Schutzschilds 66 hin bleibt. Der Mantel weist eine geeignete Höhe auf, damit sein sich erweiterndes Ende 70a während des Schweißens mit der Oberfläche 52a des zu schweißenden Werkstücks 52 fluchtet. Der Mantel 70 führt und hält die Primär- und Nebenströme 50, 62 oberhalb des flüssigen Metalls 56, indem er sie durch den oben bestimmten Zwischenraum 74 strömen lässt. Das so geführte Gas schützt die zu schweißende Oberfläche 52a um das flüssige Metall 56 herum auf wirksame Weise. Dieses Gas strömt sodann zwischen dem Mantel 70 und den zu schweißenden Oberflächen 52a.Further, a coat 70 provided the laser beam 22 between the front opening 20 and the focal point 44 surrounds, with one end of the shell up to the front wall 64 goes up and forms an opening that the front opening 20 surrounds, while the other end of the mantle has a widening opening around the focal point 44 forms around, with this coat 70 made of a heat-resistant, especially against splashes of liquid metal 56 durable material, said jacket is gas-tight side, said jacket also the nozzle 60 and the protective shield 66 surrounds, leaving a gap 74 to the nozzle 60 opposite edge 66a of the protective shield 66 stays down. The jacket has a suitable height, so that its widening end 70a during welding with the surface 52a of the workpiece to be welded 52 flees. The coat 70 guides and holds the primary and secondary streams 50 . 62 above the liquid metal 56 by passing them through the space defined above 74 to flow. The gas thus guided protects the surface to be welded 52a around the liquid metal 56 around effectively. This gas then flows between the jacket 70 and the surfaces to be welded 52a ,

Während des Schweißens wird der Schweißkopf vorzugsweise in der Richtung des aus der Düse 60 austretenden Nebenstroms 62 verschoben. Auf diese Weise kommen die vereinten Primär- und Nebenströme 50, 62 mit verringerter Geschwindigkeit parallel zu der sich gerade bildende Schweißnaht 58 an, wodurch verhindert wird, dass sie sich verformt.During welding, the welding head preferably becomes in the direction of the nozzle 60 exiting secondary flow 62 postponed. In this way, the combined primary and secondary streams come 50 . 62 at a reduced speed parallel to the currently forming weld 58 which prevents it from becoming deformed.

In der Praxis ist der Schutzschild abnehmbar, um gereinigt oder ausgetauscht zu werden, wenn er durch die Dämpfe und Spritzer von flüssigem Metall zu stark verkrustet ist. Ist der Schweißkopf stark miniaturisiert, dann kann er von zwei Schrauben gehalten werden, die in die Frontseitenwandung eingeschraubt werden, wobei die Düse zwischen dem Schutzschild und der Frontseitenwandung in Sandwich-Anordnung vorgesehen wird.In In practice, the shield is removable to be cleaned or replaced when he gets through the fumes and splashes of liquid Metal is too heavily encrusted. Is the welding head highly miniaturized, then it can be held by two screws in the front side wall be screwed with the nozzle between the shield and the front side wall is sandwiched.

Der Mantel ist aus einem eng gewebten Glasfasergewebe ausgeschnitten, wobei dieser Mantel an seiner Außenseite mit einer Silikonelastomerschicht überzogen ist, die hochtemperaturfest ist, wobei diese Werkstoffe handelsüblich sind. Ein solcher Mantel ist biegsam und rissfest zugleich. Außerdem gewährleistet das Silikonelastomer die Gas-Dichtigkeit des Mantels, und das Glasfasergewebe schützt das Silikonelastomer vor den Dämpfen und Spritzern von schmelzendem Metall sowie vor der Wärmestrahlung.Of the Coat is cut out of a tightly woven fiberglass fabric, wherein this jacket is coated on its outside with a silicone elastomer layer is that is high temperature resistant, these materials are commercially available. Such a coat is flexible and tear-resistant at the same time. In addition, guaranteed the silicone elastomer the gas tightness of the jacket, and the glass fiber fabric protects that Silicone elastomer before the fumes and splashes of melting metal and heat radiation.

Die Erfindung hat es ermöglicht, die Schweißvorrichtung stark zu miniaturisieren. Deswegen beansprucht die Anmelderin ferner eine Schweißvorrichtung mit einem Schweißkopf gemäß dieser Erfindung, dessen Dicke E1, entlang der Geometrieachse 24a der Frontseitenöffnung höchstens 50 mm beträgt. Im Falle eines Schweißkopfs 12 mit Mantel 70 entspricht dieser Platzbedarf in der Praxis dem Abstand zwischen der sich erweiternden Öffnung 70a des Mantels 70 und der Außenseite 76 der Wandung 14 hinter der Frontseitenöffnung 20. So ermöglicht es die Schweißvorrichtung 10, Oberflächen 52a von Werkstücken 52 zu schweißen, obwohl sich ein Hindernis 78 in einem Abstand E1 über den zu schweißenden Oberflächen 52a befindet.The invention has made it possible to greatly miniaturize the welding device. Therefore, the applicant further claims a welding apparatus with a welding head according to this invention, whose thickness E1, along the geometry axis 24a the front opening does not exceed 50 mm. In the case of a welding head 12 with coat 70 In practice, this space requirement corresponds to the distance between the widening opening 70a of the coat 70 and the outside 76 the wall 14 behind the front opening 20 , This allows the welding device 10 , Surfaces 52a of workpieces 52 to weld, though an obstacle 78 at a distance E1 above the surfaces to be welded 52a located.

Diese Erfindung hat es insbesondere ermöglicht, einen Schweißkopf auszuführen, der durch einen YAG-Laser mit 4 kW gespeist wird und dennoch nur einen Freiraum von 24 mm über den zu schweißenden Oberflächen 52a erfordert.In particular, this invention has made it possible to carry out a welding head powered by a 4kW YAG laser while still leaving only a clearance of 24mm above the surfaces to be welded 52a requires.

Claims (10)

Miniaturisierte Laserstrahl-Schweißvorrichtung (10), die einen Schweißkopf (12) enthält, der von einer Wandung (14) gebildet wird, die einen Hohlraum (16) umgibt, wobei die Wandung (14) eine erste Öffnung, eine sogenannte „Einlassöffnung" (18) und eine zweite Öffnung, eine sogenannte „Frontseitenöffnung" (20) aufweist, wobei ein Laserstrahl (22) in der Lage ist, durch die Einlassöffnung (18) in den Schweißkopf (12) einzudringen und durch die Frontseitenöffnung (20) aus diesem wieder auszutreten, indem er einen vorbestimmten optischen Weg (24) verfolgt, wobei der Schweißkopf (12) eine Versorgung (26) mit Druckgas aufweist, die in der Lage ist, in dem Hohlraum (16) einen sogenannten „Primärgasstrom" (50) zu erzeugen, der aus dem Schweißkopf (12) durch die Frontseitenöffnung (20) austritt, sowie eine Düse (60) aufweist, die an eine Druckgas-Quelle angeschlossen werden kann, wobei diese Düse (60) sich außerhalb des Schweißkopfs (12) an der Wandung (14) befindet, wobei die Düse (60) einen sogenannten Neben-Druckgasstrom erzeugt, der den Freiraum unmittelbar vor der Frontseitenöffnung (20) quer bestreicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißkopf (12) einen Schutzschild (66) aufweist, der vor der Frontseitenöffnung (20) angeordnet ist, wobei der Schutzschild (66) im Wesentlichen eben und parallel zu der die Frontseitenöffnung (20) umgebende Wandung (14) liegt, die Frontseitenwandung (64) genannt wird, wobei dieser Schutzschild (66) von einem Loch durchsetzt ist, das sich vor der Frontseitenöffnung (20) befindet, wobei die Düse (60) zwischen dem Schutzschild (66) und der Frontseitenwandung (64) angeordnet ist.Miniaturized laser beam welding device ( 10 ), which has a welding head ( 12 ) contained by a wall ( 14 ) is formed, which has a cavity ( 16 ), whereby the wall ( 14 ) a first opening, a so-called "inlet opening" ( 18 ) and a second opening, a so-called "front opening" ( 20 ), wherein a laser beam ( 22 ) is able to pass through the inlet opening ( 18 ) in the welding head ( 12 ) and through the front opening ( 20 ) to exit from this by a predetermined optical path ( 24 ), wherein the welding head ( 12 ) a supply ( 26 ) with compressed gas capable of being in the cavity ( 16 ) a so-called "primary gas stream" ( 50 ) to be generated from the welding head ( 12 ) through the front opening ( 20 ), and a nozzle ( 60 ), which can be connected to a compressed gas source, said nozzle ( 60 ) outside the welding head ( 12 ) on the wall ( 14 ), wherein the nozzle ( 60 ) generates a so-called secondary compressed gas flow, the free space immediately in front of the front side opening ( 20 ) transversely spread, characterized in that the welding head ( 12 ) a protective shield ( 66 ) located in front of the front opening ( 20 ), the protective shield ( 66 ) substantially flat and parallel to the front opening ( 20 ) surrounding wall ( 14 ), the front wall ( 64 ), this protective shield ( 66 ) is penetrated by a hole located in front of the front opening ( 20 ), wherein the nozzle ( 60 ) between the protective shield ( 66 ) and the front wall ( 64 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschild abnehmbar ist.Device according to claim 1, characterized in that that the protective shield is removable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschild aus Nobelium besteht.Device according to Claim 1 or 2, characterized that the shield is made of Nobelium. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißkopf (12) einen Mantel (70) aufweist, der die Frontseitenöffnung (20), die Düse (60) und den Schutzschild (66) umgibt, wobei der Mantel (70) vor dem Schutzschild (66) offen und ist und sich erweitert, wobei der Mantel aus einem dünnen, biegsamen und gasdichten Werkstoff besteht, wobei ein Zwischenraum (74) zwischen mindestens einem Rand (66a) des Schutzschilds (66) und dem Mantel (70) vorgesehen ist.Device according to claim 3, characterized in that the welding head ( 12 ) a coat ( 70 ) having the front side opening ( 20 ), the nozzle ( 60 ) and the protective shield ( 66 ), the shell ( 70 ) in front of the protective shield ( 66 ) is open and is and widens, wherein the jacket consists of a thin, flexible and gas-tight material, with a gap ( 74 ) between at least one edge ( 66a ) of the protective shield ( 66 ) and the coat ( 70 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißkopf (12) ferner einen Spiegel (28) aufweist, der direkt hinter der Frontseitenöffnung (20) angeordnet ist, wobei der Spiegel (28) den von der Einlassöffnung (18) kommenden Laserstrahl (22) zur Frontseitenöffnung (20) hin umlenkt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the welding head ( 12 ) also a mirror ( 28 ) directly behind the front opening ( 20 ), wherein the mirror ( 28 ) from the inlet opening ( 18 ) coming laser beam ( 22 ) to the front opening ( 20 ) deflects. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Wandung (14) einen Teil (76) hinter der Frontseitenöffnung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißkopf (12) eine Dicke E1 aufweist, die höchstens 50 mm beträgt, wobei die Dicke E1 zwischen der Frontseitenöffnung (20) und dem Teil (76) der Wandung (14) hinter der Frontseitenöffnung (20) gemessen wird.Device according to claim 5, wherein the wall ( 14 ) a part ( 76 ) behind the front opening ( 20 ), characterized in that the welding head ( 12 ) has a thickness E1 which is at most 50 mm, the thickness E1 between the front opening ( 20 ) and the part ( 76 ) of the wall ( 14 ) behind the front opening ( 20 ) is measured. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen allgemein länglich geformten abgeschlossenen Raum (30) aufweist, dessen Enden mit den Bezugszahlen (30a) und (30b) bezeichnet sind, wobei an einem ersten Ende (30a) eine Laserlichtquelle (32) angeordnet ist, wobei das andere Ende (30b) an dem Schweißkopf (12) angebracht ist und die Einlassöffnung (18) umgibt.Device according to claim 5 or 6, characterized in that it comprises a generally oblong shaped enclosed space ( 30 ) whose ends are denoted by the reference numbers ( 30a ) and ( 30b ), wherein at a first end ( 30a ) a laser light source ( 32 ), the other end ( 30b ) on the welding head ( 12 ) and the inlet opening ( 18 ) surrounds. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (32) punktuell ist und dass sie ein Optiksystem (42) enthält, das von der Laserquelle (32) ein Realbild an einem Brennpunkt (44) vor der Frontseitenöffnung (20) ergibt.Apparatus according to claim 7, characterized in that the laser light source ( 32 ) is punctual and that it is an optical system ( 42 ) received from the laser source ( 32 ) a real image at a focal point ( 44 ) in front of the front opening ( 20 ). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (32) eine Lichtleitfaser ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the laser light source ( 32 ) is an optical fiber. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Schweißkopf (12) und dem abgeschlossenen Raum (30) abnehmbar ist.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the connection between the welding head ( 12 ) and the enclosed space ( 30 ) is removable.
DE60220343T 2001-07-05 2002-07-04 Welding device with a miniaturized laser beam Expired - Lifetime DE60220343T2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0108920A FR2826893B1 (en) 2001-07-05 2001-07-05 MINIATURIZED LASER BEAM WELDING APPARATUS
FR0108920 2001-07-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60220343D1 DE60220343D1 (en) 2007-07-12
DE60220343T2 true DE60220343T2 (en) 2008-01-31

Family

ID=8865158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60220343T Expired - Lifetime DE60220343T2 (en) 2001-07-05 2002-07-04 Welding device with a miniaturized laser beam

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7038161B2 (en)
EP (1) EP1273382B1 (en)
CA (1) CA2458982C (en)
DE (1) DE60220343T2 (en)
FR (1) FR2826893B1 (en)
WO (1) WO2003004214A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121697A1 (en) 2011-12-16 2013-06-20 Precitec Kg Laser machining apparatus, has gas feeding device that supplies flushing gas to housing during operation of apparatus under overpressure relative to surroundings of housing to prevent penetration of dirt particles into housing interior

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004038310A1 (en) * 2004-08-05 2006-02-23 Kuka Schweissanlagen Gmbh Laser device and operating method
FR2876607B1 (en) * 2004-10-19 2007-12-14 Snecma Moteurs Sa WELDING TOOL
FR2876933B1 (en) * 2004-10-25 2008-05-09 Snecma Moteurs Sa NOZZLE FOR DRILLING HEAD OR MACHINING WITH LASER BEAM
US7656592B2 (en) * 2005-12-16 2010-02-02 Reliant Technologies, Inc. Optical system having aberrations for transforming a Gaussian laser-beam intensity profile to a quasi-flat-topped intensity profile in a focal region of the optical system
US7456370B2 (en) * 2006-01-30 2008-11-25 Honeywell International Inc. Welding shield and flexible skirt for automated welding
WO2011055373A1 (en) * 2009-11-03 2011-05-12 The Secretary, Department Of Atomic Energy,Govt.Of India. Niobium based superconducting radio frequency (scrf) cavities comprising niobium components joined by laser welding; method and apparatus for manufacturing such cavities
DE102011003426A1 (en) * 2011-02-01 2012-08-02 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laser processing system with extraction
DE102011000505A1 (en) 2011-02-04 2012-08-09 A. Monforts Werkzeugmaschinen Gmbh & Co. Kg Tool change carrier and tool system
JP5814652B2 (en) * 2011-06-22 2015-11-17 株式会社東芝 Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
JP5842535B2 (en) * 2011-10-26 2016-01-13 株式会社村田製作所 Laser marking device
DE102011118737A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Alfing Kessler Sondermaschinen Gmbh Laser notching machine
KR20140122252A (en) * 2012-02-10 2014-10-17 리모 파텐트페어발퉁 게엠베하 운트 코. 카게 Device for the laser processing of a surface of a workpiece or for the post-treatment of a coating on the outside or the inside of a workpiece
JP6124425B1 (en) * 2015-10-26 2017-05-10 株式会社日本製鋼所 Laser processing device rectifier and laser processing device
US10688604B2 (en) * 2016-04-05 2020-06-23 Martin H. RIZZO Platform base and stand adjusting device used in combination with a welders shield enclosure and welder's gun and/or torch
FR3054972B1 (en) * 2016-08-12 2019-01-25 Accelinn DEVICE FOR TREATING A SURFACE OR ZONE BY LASER BEAM WITH THERMAL HOLDING SYSTEM
US11484973B2 (en) * 2016-11-28 2022-11-01 Raytheon Technologies Corporation Laser cladding system and method
US20180147668A1 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 United Technologies Corporation Laser cladding system and method
WO2019058176A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lens arrangements for varying numerical aperture in laser delivery systems
JP6852031B2 (en) * 2018-09-26 2021-03-31 株式会社東芝 Welding equipment and nozzle equipment
DE102019103659B4 (en) * 2019-02-13 2023-11-30 Bystronic Laser Ag Gas guide, laser cutting head and laser cutting machine
JP2021137856A (en) * 2020-03-06 2021-09-16 三菱重工業株式会社 Laser processing device
CN113977084B (en) * 2021-12-30 2022-09-06 电王精密电器(北京)有限公司 Integrated laser welding head

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3597578A (en) * 1967-03-16 1971-08-03 Nat Res Dev Thermal cutting apparatus and method
GB1542128A (en) * 1976-08-03 1979-03-14 Boc Ltd Laser welding apparatus
IT1165636B (en) * 1979-03-05 1987-04-22 Fiat Auto Spa METHOD AND APPARATUS FOR THE CONTROL OF COVERING GASES USED IN THE WORKING BY MEANS OF POWER LASER ON METAL PIECES
DE3513501A1 (en) * 1985-04-16 1986-10-16 Rofin-Sinar Laser GmbH, 2000 Hamburg LASER WELDING MACHINE
EP0300458B1 (en) * 1987-07-21 1991-12-18 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Laser beam welding method for an inner cicumferential surface of a tube
US4992643A (en) * 1989-08-25 1991-02-12 United States Department Of Energy Method and device for controlling plume during laser welding
DE3931401C2 (en) * 1989-09-20 1998-01-29 Arnold Karl H Masch Focusing head for laser welding systems
FR2676675B1 (en) * 1991-05-15 1995-06-30 Framatome Sa WELDING ROD WITH LASER BEAM, USE THEREOF FOR SLEEVING TUBES AND METHOD FOR MONITORING THE INTEGRITY OF AN OPTICAL FIBER THEREOF.
IT1250872B (en) * 1991-12-06 1995-04-21 Altec Srl METHOD FOR SUPPLYING AN ASSISTANCE GAS ON A PIECE SUBJECTED TO A LASER CUT AND CUTTING EQUIPMENT OPERATING ACCORDING TO SUCH METHOD
US5981901A (en) * 1991-11-29 1999-11-09 La Rocca; Aldo Vittorio Method and device for gas shielding laser processed work pieces
JPH05169288A (en) * 1991-12-16 1993-07-09 Nissan Motor Co Ltd Laser beam welding device
JPH06106376A (en) * 1992-09-24 1994-04-19 Nippon Steel Corp Processing head for laser welding
JPH10221499A (en) * 1997-02-07 1998-08-21 Hitachi Ltd Laser plasma X-ray source, semiconductor exposure apparatus and semiconductor exposure method using the same
AT408632B (en) * 1998-01-29 2002-01-25 Trodat Gmbh MACHINING HEAD FOR A LASER ENGRAVING OR cutting apparatus
JP3056723B1 (en) * 1999-01-04 2000-06-26 ファナック株式会社 Laser processing equipment
JP4155489B2 (en) * 2000-09-28 2008-09-24 株式会社東芝 Underwater laser repair welding equipment
DE10226359B4 (en) * 2002-06-13 2010-08-19 Precitec Kg Laser processing head for machining, in particular for cutting a workpiece by means of a laser beam

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121697A1 (en) 2011-12-16 2013-06-20 Precitec Kg Laser machining apparatus, has gas feeding device that supplies flushing gas to housing during operation of apparatus under overpressure relative to surroundings of housing to prevent penetration of dirt particles into housing interior
DE102011121697B4 (en) * 2011-12-16 2016-04-14 Precitec Kg Laser processing device for processing a workpiece by means of a laser beam

Also Published As

Publication number Publication date
FR2826893B1 (en) 2003-09-19
US20040238504A1 (en) 2004-12-02
WO2003004214A1 (en) 2003-01-16
FR2826893A1 (en) 2003-01-10
EP1273382A1 (en) 2003-01-08
US7038161B2 (en) 2006-05-02
EP1273382B1 (en) 2007-05-30
DE60220343D1 (en) 2007-07-12
CA2458982A1 (en) 2003-01-16
CA2458982C (en) 2008-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60220343T2 (en) Welding device with a miniaturized laser beam
DE4226461C2 (en) Dental instrument for the treatment of teeth using laser beams
DE102008030079B3 (en) A method for reducing the adhesion of slag when piercing a laser beam into a workpiece and laser processing head
EP3110593B1 (en) Laser machining head and laser machining process with a cross jet positioned closed to the workpiece surface
DE19518263A1 (en) Appts. for material processing by means of a laser beam
EP0543830B1 (en) Device and process for laser-welding pipes
DE102012217082B4 (en) Laser processing head with a ring nozzle
DE2734759A1 (en) LASER BEAM WELDING DEVICE
EP0458180B1 (en) Process and device for laser beam cutting
DE3822097A1 (en) Method of deflecting particles moved in the direction of the optical system of a laser nozzle
EP1330326B1 (en) Device for removing solder material from a soldered joint
WO1999006173A1 (en) Method and device for laser beam welding
WO1995003911A1 (en) Laser welding head and method of operating same
DE112018004574T5 (en) LASER PROCESSING MACHINE
DE10037109C2 (en) Method and device for smoothing welds during beam welding
DE69009366T2 (en) Device and method for welding workpieces using a laser beam.
EP0543829B1 (en) Device and process for laser-welding a pipe
DE69004412T2 (en) Laser working process within a tube and working head to carry out the process.
EP0908264B1 (en) Apparatus for hardening the internal contour of a gun barrel with laser beam
DE102006023321B4 (en) System for monitoring the focus during processing of a reflective substrate by means of a laser beam
WO2021052814A1 (en) Stock feeding device
EP3257616A1 (en) Laser working head with cooled optical components and method for operating a laser processing head
DE19858018C1 (en) Apparatus for welding metal e.g., high alloyed steel sheets comprises a protective gas sprayer having a housing joined to a diode laser head coaxially to the outlet axis of the laser beam
DE102023108555A1 (en) NOZZLE FOR A LASER CUTTING DEVICE AND METHOD FOR LASER CUTTING A WORKPIECE
DE102024001169B4 (en) Process for welding components with different material thicknesses

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition